Врачи получают в своё распоряжение мощный инструмент для борьбы с опасными аритмиями — персонализированные цифровые копии сердца пациентов. Эти виртуальные модели, функционируя по аналогии с авиасимуляторами, позволяют медицинским специалистам заранее, ещё до начала реального вмешательства, протестировать различные стратегии лечения на компьютерной реконструкции уникальной анатомии пациента. Как сообщает Медицинский журнал Новой Англии в публикации от 1 апреля, предварительные результаты демонстрируют, что такой подход способен обеспечить более высокую эффективность по сравнению с существующей стандартной клинической практикой.
Традиционный метод лечения угрожающих жизни учащённых сердцебиений предполагает минимально инвазивную процедуру, известную как абляция. В её ходе врачи, используя катетеры, введённые через кровеносные сосуды, достигают сердца, чтобы обнаружить и нейтрализовать источник патологической электрической активности. Несмотря на распространённость, эта методика обеспечивает устойчивое восстановление нормального ритма лишь примерно у двух третей пациентов, что побудило научное сообщество искать пути для совершенствования.
От скана к симуляции: как создаётся цифровой двойник
Инициатором инновационного подхода выступил кардиолог-электрофизиолог Джонатан Криспин из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса. Совместно с биомедицинским инженером Натальей Траяновой и их коллегами он участвовал в разработке технологии создания цифровых двойников сердца. Процесс начинается с проведения МРТ-сканирования высокого разрешения, которое детально фиксирует анатомические особенности органа, включая участки рубцовой ткани, образовавшиеся вследствие перенесённых патологий.
Специализированное программное обеспечение преобразует полученные изображения в трёхмерную цифровую реконструкцию сердечной мышцы. Ключевым аспектом модели является учёт различных электрофизиологических свойств здоровых и повреждённых участков ткани. На этой основе запускается компьютерное моделирование, которое с высокой точностью симулирует распространение электрических импульсов по миокарду, выявляя зоны, где сигналы могут замедляться, раздваиваться или образовывать петли, приводящие к развитию опасных аритмий.
«Мы вступаем в эпоху, когда цифровые двойники начинают использоваться для имитации реальных физиологических процессов организма, — отмечает Джонатан Криспин. — Эта способность не только способствует прогрессу в научных исследованиях, но и напрямую ведёт к улучшению клинических результатов для пациентов».
Полученные виртуальные копии позволяют врачам в безопасной цифровой среде определить наиболее вероятные источники аномальной электрической активности — те самые «мишени» для последующей абляции. Такой предоперационный анализ существенно сокращает время самой процедуры, минимизирует инвазивность воздействия и повышает её точность.
Эксперты полагают, что успешное применение цифровых двойников в кардиологии знаменует лишь начало их медицинской карьеры. В ближайшем будущем аналогичные технологии виртуального моделирования могут найти широкое применение для планирования операций в ортопедии, разработки персонализированной микробиомной терапии и во многих других областях медицины, где требуется индивидуальный подход к сложной анатомии и физиологии пациента.
атели могут протестировать виртуальную абляцию на моделях, чтобы определить наиболее эффективный способ исключения этих ошибочных сигналов перед выполнением основных процедур.
Для того чтобы начать аномальные паттерны сердечного ритма в этом сердечном ритме двойника, к энергетическому «участку кардиостимуляции» применяется электрическая стимуляция. При этом генерируются волны электрической активности, которые проявляются, как желудочковая тахикардия (ЖТ) может возникнуть в поврежденном участке, показанном желтым цветом.
Университет Джонса Хопкинса
«Это очень заметный инструмент для предпроцедурного планирования», — говорит Траянова. По сути, говорит она, «вы лечите двойные размеры, прежде чем лечить пациента».
Команда реализовала этот скачок на 10 люмп с желудочковой тахикардией, контролировавший смертное нарушение ритма, возникающее в камерах сердца. Хотя это заболевание сравнительно редко, оно ежегодно приводит к десяткам тысяч внезапных сердечных смертей в Соединенных Штатах.
использовал виртуальную модель сердца, Криспин и его коллеги, которые могут быстро направлять катетеры в проблемные области, которые проводят примерно трехчасовую процедуру примерно до 30 минут и снижают риски, связанные с длительной седацией.
В конце процедуры аномальный ритм больше не мог быть вызван — стандартным способом оценки были успешно отключены неисправные электрические цепи.
У двух участников исследования наблюдались значительные повторы аномального ритма в течение нескольких недель после процедуры. Но в обоих случаях имплантированные дефибрилляторы подавали корректирующие электрические импульсы, которые нормализовали нормальное сердцебиение. И после нескольких месяцев или лет дополнительного наблюдения у всех 10 участников не было устойчивых нарушений ритмов, поскольку большинство из них больше не нуждались в антиаритмической лекарственной терапии.
Этот подход «очень инновационный», говорит Бабак Назер, кардиолог-электрофизиолог из Вашингтонского университета в Ситле, который не соблюдал участие в обучении. «Это ультрасовременное моделирование сердечной деятельности».
Требуются дальнейшие открытия в крупных многоцентровых исследованиях, чтобы определить, приводит ли технология к значительному обеспечению ухода за пациентами, говорит Назер. «Это покажет мне, изменит ли это правила игры или правила огненного виджета».